第八章 金属材料
第一节 建筑钢材
第八章 金属材料
主要授课内容：
建筑钢材 铝合金
西安
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第八章 金属材料
第一节 建筑钢材
第一节 建筑钢材
钢材是指用于土木工程中的各种型钢、 钢板、钢筋、钢丝等。
采用各种型钢和钢板制作的钢结构，具有 强度高、自重轻等特点，适用于大跨度结构、 多层及高层结构、受动力荷载的结构和重型工 业厂房结构等。
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一、钢材的分类
钢的分类方法很多，通常有以下几 种分类方法。
1 按冶炼时脱氧程度分类 2 按化学成分分类 3 按有害杂质含量分类 4 按用途分类
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1 按冶炼时脱氧程度分类
钢材
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二、钢材的技术性能
1 力学性能
⑴抗拉性能 ⑵冲击韧性 ⑶硬度 ⑷耐疲劳性
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⑴ 抗拉性能
抗拉性能是钢材最 重要的技术性质。根据 低碳钢受拉时的应力－ 应变曲线（如下图8-11），可了解到抗拉性能 的下列特征指标。
c高合金钢：合金元素总含量大于10%。
低合金钢为土木工程中常用的主要钢种。
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3 按有害杂质（P 、S ）含量分类
钢材
普通钢
优质钢 高级优质钢 特级优质钢
(1)普通钢：磷含量不大于0.045%，硫含量不大于0.050%； (2)优质钢：磷含量不大于0.035%，硫含量不大于0.035%； (3)高级优质钢：磷含量不大于0.025%，硫含量不大于0.025%； (4)特级优质钢：磷含量不大于0.025%，硫含量不大于0.015%。
用 中表碳示f y钢。和高碳钢没有明显的屈服现象，规范规定以0.2%
残余屈变服形强所度对对应钢的材应使力用值意作义为重名大义:屈当服构强件度的，实用际应f 0.力2 表超示过。屈
服强度时，将产生不可恢复的永久变形；当应力超过屈服强 度时，受力较高部位的应力不再提高，而自动将荷载重新分 配给某些应力较低部位。
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4 按用途分类
钢材
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结构钢
工具钢
特殊钢
（1）结构钢：主要用于工程结构及机械零件的钢，一般为 低、中碳钢。
（2）工具钢：主要用于各种刀具、量具及模具的钢，一般 为高碳钢。
（3）特殊钢：具有特殊的物理、化学及机械性能的钢，如 不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢、磁性钢等。
屈服强度 抗拉强度 伸长率
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图8-1-1
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(a)屈服强度
屈服强度是钢材开始丧失对变形的抵抗能力，并开始产 生大量塑性变形时所对应的应力。
在屈服阶段，锯齿形的最高点所对应的应力称为屈服上 限；锯齿形的最低点所对应的应力称为屈服下限。屈服上限 与试验过程中的许多因素有关。屈服下限比较稳定，容易测 试，所以规范规定以屈服下限的应力值作为钢材的屈服强度，
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2 按化学成分分类
钢材
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碳素钢
合金钢
高碳钢 中碳钢 低碳钢 高合金钢 中合金钢 低合金钢
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⑴碳素钢
化学成分主要是铁、碳，故也称碳钢或铁碳合金，含碳量为
0.02%～2.06%，还含有极少量硅、锰和微量硫、磷等元素。
表示 10 。对于相同钢材， 大于 5
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。 10
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和5
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(2)冲击韧性
冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。钢材的冲
击韧性用试件冲断时单位面积上所吸收的能量来表示。
冲击韧性a k按 下WA 式计算：
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(c)伸长率
伸长率反映钢材拉伸断裂时所能承受的塑性变形能力，是衡 量钢材塑性的重要技术指标。伸长率是以试件拉断后标距长度的 增量与原标距长度之比的百分率来表示。伸长率按式计算：
n
L1 L0 L0
10% 0
L1——试件拉断后标距部分的长度（mm）；
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(b)抗拉强度（强度极限）
抗拉强度是钢材所能承受的最大拉应力，即当拉 应力达到强度极限时，钢材完全丧失了对变形的抵抗
能力抗而拉断强裂度。虽抗然拉不强能度直用接f u作表为示计。算依据，但屈服强
度与抗拉强度的比值，即“屈强比” 。对工程应用有 较大意义。屈强比愈小，反映钢材在应力超过屈服强 度工作时的可靠性愈大。但屈强比过小时，钢材强度 的有效利用率低，造成浪费。常用碳素钢的屈强比为 0.58～0.63，合金钢的屈强比为0.65～0.75。
a低碳钢：含碳量小于0.25%；
b中碳钢：含碳量为0.25%～0.60%；
c高碳钢：含碳量大于0.6%。
低碳钢在土木工程中应用最广泛。
⑵合金钢
炼钢过程中，为改善钢材的性能，特意加入某些合金元素
而制得。常用合金元素：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。
a低合金钢：合金元素总含量小于5%；
b中合金钢：合金元素总含量为5%～10%；
L0——试件的原标距长度（mm）；
n——长或短试件的标志，长试件n=10 ，短试件n=5。 钢材拉伸时塑性变形在试件标距内的分布不均匀，颈缩处的
伸长较大，故试件原始标距（L0）与直径（d0）之比愈大。颈缩
处的伸长值在总伸长值中所占比例愈小，计算所得伸长率也愈小。
通常钢材拉伸试件取L0=5d，或L0=10d，其伸长率分别以
沸腾钢F
镇静钢Z
半镇静钢b
特殊镇静钢 TZ
⑴沸腾钢组织不够致密，成分不太均匀，硫、磷等杂质偏
析较严重，故质量较差。但因其成本低、产量高，故被广泛
用于一般工程。
⑵镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分均匀，含硫量
较少，性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等重要结
构工程。
⑶半镇静钢是质量较好的钢。
⑷特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。返回